一种消防机器人用宽带无线通信装置制造方法
【专利摘要】本实用新型属于消防通信【技术领域】，具体为一种消防机器人用宽带无线通信装置。该宽带无线通信装置包括前端传输装置和后端接收装置；前端传输装置包括前端电源模块、前端通信核心板、前端视频处理模块、前端语音处理模块、前端腔体滤波器、前端环形器、前端功率放大器和前端天线；后端接收装置包括后端电源模块、后端通信核心板、后端语音处理模块、后端腔体滤波器、后端环形器、后端功率放大器和后端天线。本实用新型可提供多路音频和视频传输，同时支持高速数据传输，其通讯协议和传输制式特别适合于多径干扰严重的楼宇等建筑物内使用。本实用新型支持图像、语音和数据的在一个信道内混合传输，具有图像实时性好、语音压缩率高、数据延时短等特点。
【专利说明】 一种消防机器人用宽带无线通信装置
【技术领域】
[0001]本实用新型属于消防通信【技术领域】，具体涉及一种消防机器人用宽带无线通信装置。
【背景技术】
[0002]消防行业是保障人民生命财产安全极其重要的行业。灾害发生时，消防抢险救援人员面临着高温、强热辐射、易燃易爆、有毒有害、已坍塌等危险环境，这些危险严重阻碍着灾害的抢险救援进度，也严重威胁着消防抢险救援人员的人身安全。消防机器人作为一种特种消防装备，可替代消防员进入石油化工、油罐区、大型仓库、堆垛、建筑物等高温、强热辐射、易坍塌、地下大空间、公(铁)路隧道等消防车辆及人员无法靠近的危险场所进行侦察、灭火、冷却、排烟、照明及化学污染场所洗消等消防作业，避免灾害现场抢险救援人员伤亡。消防机器人的推广应用将极大地提高消防部队扑灭特大恶性火灾的实战能力，对减少国家财产损失和灭火救援人员的伤亡将产生重要的作用。
[0003]由于复杂灾害现场消防作业环境和条件的限制，现有的消防机器人一般不支持远程音视频和传感器数据的实时传输，或是采用模拟图像+短距离无线遥控的控制方式，不利于后方指挥人员多角度同时获取现场实时数据、图像和语音信息并做出正确决策。此外，消防机器人在营救被困人员时，如果没有现场图像和火势分布情况，无法对现场态势做出准确判断，并采取有效措施。
【发明内容】
[0004]本实用新型的目的在于提供一种通讯距离长，性能稳定的消防机器人用宽带无线通信装置。
[0005]本实用新型所提供的消防机器人用宽带无线通信装置，包括前端传输装置I和后端接收装置2 ；
[0006]所述的前端传输装置I包括前端电源模块11、前端通信核心板12、前端视频处理模块13、前端语音处理模块14、前端腔体滤波器15、前端环形器16、前端功率放大器17和前端天线18 ；
[0007]所述的后端接收装置2包括后端电源模块21、后端通信核心板22、后端语音处理模块23、后端腔体滤波器24、后端环形器25、后端功率放大器26和后端天线27。
[0008]所述的前端电源模块采用DC到DC方式，9?36V宽压输入，输出为12V和5V两种电压；其中，12V输出端口连接前端视频处理模块，5V输出端口连接前端通信核心板、前端语音处理模块和前端功率放大器，为其供电。
[0009]所述的前端通信核心板包括主控处理器ARM及外围电路、可编程门阵列FPGA及外围电路、射频电路；所述的主控处理器ARM主要负责上下层协议解析、应用服务和接口控制；所述的可编程门阵列FPGA是宽带无线通信的核心器件，负责物理层通信协议的实现，所述的物理层通讯协议采用TD-COFDM的通信方式，即基于时分多用户的带编码的正交频分复用方式，时间复用方式为每秒划分成6个超帧，每个超帧包含32个时隙，每个时隙传输一个COFDM帧，子载波数为1024，循环前缀长度为27.8us，能较好的消除复杂环境下的多径干扰；系统的通信带宽为2MHz、4MHz、8MHz可选，最大支持的信道传输速率为10.8Mbps ;所述的射频电路主要包括频率合成器、调制芯片、解调芯片、低噪声放大器、声表滤波器和射频开关，射频电路的频点可调，调节范围为30(Γ500ΜΗζ。所述的通信核心板和外围设备相连的接口主要有LAN网口和DB9串口，LAN网口和视频处理模块相连，用来接收视频处理模块压缩后的视频数据，串口用来传输传感器数据信息和发送后台控制命令。
[0010]所述的前端视频处理模块和机器人专用摄像头通过AV线相连，对采集的图像进行H.264压缩编码，编码后数据通过LAN网口以UDP协议传输至前端通信核心板的主控处理器ARM。
[0011]所述的前端语音处理模块连接机器人的拾音器和喇叭，采用双工模式，可实现语音的压缩、编码、调制、解调、解码和解压缩，语音处理模块通过SPI接口和前端通信核心板相连。
[0012]所述的前端腔体滤波器分别同前端环形器和前端天线相连接，对功放发射的无线信号进行带外抑制，以降低对同频段其他电子设备的干扰。
[0013]所述的前端环形器还分别同前端功率放大器的输出和前端核心通信板的射频接收输入接口相连接。
[0014]所述的前端功率放大器还同前端通信核心板的射频输出相连，COFDM信号具有较高的峰均比，因此功率放大器需要有较高的线性度和较低的杂散输出。
[0015]所述的后端电源模块和前端电源模块相同。
[0016]所述的后端通信核心板包括主控处理器ARM及外围电路、可编程门阵列FPGA及外围电路、射频电路和GPS定位模块，所述的主控处理器功能与前端传输装置相同，所述的可编程门阵列FPGA的功能，除实现物理层通信协议外，还与GPS定位模块的授时脉冲引脚相连，授时脉冲和物理层电路的时间管理模块相连，在脉冲到来时复位各个后端接收装置的时间管理模块，实现多个接收装置之间的同步；这样做给设备带来的优点是，既可以实现一台前端传输装置和一台后端接收装置对应，也可以通过后台配置，实现多台前端传输装置和多台后端接收装置自由对应，增加了设备的灵活性；所述射频电路的功能与前端传输装置的射频电路相同。
[0017]所述的后端语音处理模块与前端语音处理模块相同。
[0018]所述的后端腔体滤波器一端连接后端环形器，一端连接后端天线，对接收信号进行预选滤波，滤除带外强干扰信号。
[0019]所述的后端功率放大器与前端功率放大器相同。
[0020]所述的后端环形器与前端环形器相同。
[0021]所述前端传输装置和后端接收装置通过前端天线与后端天线无线传输连接。
[0022]本实用新型中，所述的前端天线采用增益3.5dBi的终端天线，长度小于40cm，垂直极化方式，接头具有防爆性能。
[0023]本实用新型中，所述的后端天线采用增益5.5dBi的鞭状天线。
[0024]本实用新型可提供多路音频和视频传输，同时支持高速数据传输，其通讯协议和传输制式特别适合于多径干扰严重的楼宇等建筑物内使用。所述的宽带无线通信装置支持将前方现场高清晰度视频压缩后实时传输到后方指挥系统的计算机上；所述的宽带无线通信装置支持和前方现场的救援人员或受困群众进行语音对讲；所述的宽带无线通信装置支持将前方采集的多种传感器数据进行实时处理或传输到后方指挥系统的计算机上；所述的宽带无线通信装置支持将后方指挥系统的操作指令实时下发给消防机器人。
[0025]本实用新型与现有技术相比具有以下有益效果:
[0026]I)本实用新型赋予消防机器人传输高速图像和数据的能力，便于现场指挥人员了解前方火情，做出正确决策；
[0027]2)本实用新型的无线通信协议具有较好的抗多径能力，特别适合楼宇等复杂环境传输；
[0028]3)本实用新型支持小范围内的快速组网，便于以后的应用拓展；
[0029]4)本实用新型支持图像、语音和数据的在一个信道内混合传输，具有图像实时性好、语音压缩率高、数据延时短等特点。
【专利附图】
【附图说明】
[0030]图1为机器人前端传输装置和后端接收装置连接示意图。
[0031]图2为前端传输装置内部连接示意图。
[0032]图3为后端接收装直内部连接不意图。
[0033]图4为前端传输装置通信核心板硬件框图。
[0034]图5后端接收装置通信核心板硬件框图。
[0035]图中标号:I为前端传输装置，2为后端接收装置，11为前端电源模块，12为前端通信核心板,13为前端视频处理模块,14为前端语音处理模块,15为前端腔体滤波器,16为前端环形器，17为前端功率放大器，18为前端天线，21为端电源模块，22为后端通信核心板，23为后端语音处理模块，24为后端腔体滤波器，25为后端环形器，26为后端功率放大器，27为后端天线。
【具体实施方式】
[0036]本实用新型中，前端传输装置采用DOT36V宽压输入供电，以前端通信核心板为核心，按图2连接。前端视频处理模块将机器人专用摄像头采集的图像信号进行H.264压缩编码后，通过LAN网口以UDP协议传输至前端通信核心板；前端语音处理模块采用双工模式采集机器人的拾音器信号和通过喇叭输出语音信号，并通过SPI接口和前端通信核心板相连，实现语音的压缩、编码、调制、解调、解码和解压缩；DB9串口与机器人主控制器连接，接收机器人的传感器数据，并将后端PC显示平台的操作指令发送给机器人主控制器；前端腔体滤波器分别同前端环形器和前端天线相连接，对功放发射的无线信号进行带外抑制，前端环形器还分别同前端功率放大器的输出和前端核心通信板的射频接收输入接口相连接，前端功率放大器还同前端通信核心板的射频输出相连。通讯协议采用TD-COFDM的通信方式，即基于时分多用户的带编码的正交频分复用方式，时间复用方式为每秒划分成6个超中贞，每个超巾贞包含32个时隙,每个时隙传输一个COFDM巾贞,子载波数为1024,循环前缀长度为27.8us,能较好的消除复杂环境下的多径干扰；系统的通信带宽为2MHz、4MHz、8MHz可选，最大支持的信道传输速率为10.8Mbps ;射频电路的频点可调，调节范围为30(Γ500ΜΗζ。
[0037]后端接收装置采用DOT36V宽压输入供电，以后端通信核心板为核心，按图3连接，后端通信核心板的LAN网口与PC显示平台连接，显示机器人采集的图像信号；后端语音处理模块采用双工模式采集PC显示平台的拾音器信号和通过喇叭输出语音信号，并通过SPI接口和前端通信核心板相连，实现与前端机器人的语音对讲；PC显示平台工控机系统的串口与后端通信核心板的串口相连，实现与前端机器人的数据通信；后端通信核心板还与GPS定位模块的授时脉冲引脚相连，以授时脉冲实现消防机器人无线宽带通信装置的时间管理，在脉冲到来时复位各个后端接收装置的时间管理模块，实现多个接收装置之间的同步；后端腔体滤波器分别同后端环形器和后端天线相连接，对功放发射的无线信号进行带外抑制，后端环形器还分别同后端功率放大器的输出和后端核心通信板的射频接收输入接口相连接，后端功率放大器还同后端通信核心板的射频输出相连。最后，后端接收装置以与前端传输装置相同的通讯协议实现图像、数据、语音的信息交互。
【权利要求】
1.一种消防机器人用宽带无线通信装置，其特征在于包括前端传输装置和后端接收装置； 所述的前端传输装置包括前端电源模块、前端通信核心板、前端视频处理模块、前端语音处理模块、前端腔体滤波器、前端环形器、前端功率放大器和前端天线； 所述的后端接收装置包括后端电源模块、后端通信核心板、后端语音处理模块、后端腔体滤波器、后端环形器、后端功率放大器和后端天线； 所述的前端电源模块采用DC到DC方式，9?36V宽压输入，输出为12V和5V两种电压；其中，12V输出端口连接前端视频处理模块，5V输出端口连接前端通信核心板、前端语音处理模块和前端功率放大器，为其供电； 所述的前端通信核心板包括主控处理器ARM及外围电路、可编程门阵列FPGA及外围电路、射频电路；所述的主控处理器ARM主要负责上下层协议解析、应用服务和接口控制；所述的可编程门阵列FPGA是宽带无线通信的核心器件，负责物理层通信协议的实现，所述的物理层通讯协议采用TD-COFDM的通信方式，即基于时分多用户的带编码的正交频分复用方式，时间复用方式为每秒划分成6个超巾贞,每个超巾贞包含32个时隙,每个时隙传输一个COFDM帧，子载波数为1024，循环前缀长度为27.8us,能消除复杂环境下的多径干扰；系统的通信带宽为2MHz、4MHz、8MHz可选，最大支持的信道传输速率为10.8Mbps ;所述的射频电路主要包括频率合成器、调制芯片、解调芯片、低噪声放大器、声表滤波器和射频开关，射频电路的频点可调，调节范围为30(Γ500ΜΗζ ；所述的通信核心板和外围设备相连的接口主要有LAN网口和DB9串口，LAN网口和视频处理模块相连，用来接收视频处理模块压缩后的视频数据，串口用来传输传感器数据信息和发送后台控制命令； 所述的前端视频处理模块和机器人专用摄像头通过AV线相连，对采集的图像进行H.264压缩编码，编码后数据通过LAN网口以UDP协议传输至前端通信核心板的主控处理器ARM ； 所述的前端语音处理模块连接机器人的拾音器和喇叭，采用双工模式，实现语音的压缩、编码、调制、解调、解码和解压缩，语音处理模块通过SPI接口和前端通信核心板相连；所述的前端腔体滤波器分别同前端环形器和前端天线相连接，对功放发射的无线信号进行带外抑制，以降低对同频段其他电子设备的干扰； 所述的前端环形器还分别同前端功率放大器的输出和前端核心通信板的射频接收输入接口相连接； 所述的前端功率放大器还同前端通信核心板的射频输出相连； 所述的后端电源模块和前端电源模块相同； 所述的后端通信核心板包括主控处理器ARM及外围电路、可编程门阵列FPGA及外围电路、射频电路和GPS定位模块，所述的主控处理器功能与前端传输装置相同，所述的可编程门阵列FPGA的功能，除实现物理层通信协议外，还与GPS定位模块的授时脉冲引脚相连，授时脉冲和物理层电路的时间管理模块相连，在脉冲到来时复位各个后端接收装置的时间管理模块，实现多个接收装置之间的同步；所述射频电路的功能与前端传输装置的射频电路相同； 所述的后端语音处理模块与前端语音处理模块相同； 所述的后端腔体滤波器一端连接后端环形器，一端连接后端天线，对接收信号进行预选滤波，滤除带外强干扰信号； 所述的后端功率放大器与前端功率放大器相同； 所述的后端环形器与前端环形器相同； 所述前端传输装置和后端接收装置通过前端天线与后端天线无线传输连接。
2.如权利要求1所述的消防机器人用宽带无线通信装置，其特征在于所述的前端天线采用增益3.5dBi的终端天线，长度小于40cm，垂直极化方式，接头具有防爆性能；所述的后端天线采用增益5.5dBi的鞭状天线。
【文档编号】H04L29/06GK203933629SQ201420308676
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年6月11日 优先权日:2014年6月11日
【发明者】徐琰, 刘盛鹏, 方戍, 薛林, 张振伟, 胡斌, 李建中 申请人:公安部上海消防研究所